多处理器与缓存一致性问题

分类

根据包含的处理器数量将现有共享存储器的多处理器分为两类：SMP和DSM。
SMP，对称多处理器，又称为集中式共享存储器多处理器。特点：处理器数目少，共享一个集中式存储器，所有处理器都能够平等的访问该存储器。
DSM，分布式共享存储器，存储器分散在处理器之间。通过网络互连。

缓存一致性问题：

如果存储器系统满足以下条件，则说明它是一致的：
（1）处理器p对x进行读操作，在此之前处理器p对x进行写操作，p对地址x读取和写入操作之间没有处理器对于x的操作，那么读出p写入的值；
（2）一个处理器对x执行写操作，另一处理器读取该位置，如果读写操作间隔时间比较长，那么读取操作返回写入值；
（3）对同一位置的写操作被串行化：意思是如果某一位置被多次赋值，不可能先读到新值再读到旧值。

存储器连贯性：

（1）只有所有存储器都能看到写入结果，整个写入过程才算最终完成；
（2）处理器不能改变其他存储器的任意写入顺序，即能够看到新值的存储器也一定能够看到旧值。

存储器一致性与存储器连贯性：

存储器一致性：强调读出值的异同，即读出的值是一致的。
存储器连贯性：强调读出值的时间概念。

监听式缓存一致性协议：采用微处理器和缓存通过总线连接到单个存储器，总线提供了一个非常方便的广播介质，用于实现监听协议。

A 3-state (MSI) Write-Back Invalidation Protocol：

MSI缓存一致性协议：

M（modifide）：已修改状态，表示已经在专用缓存中更新了该块。
S（shared）：共享状态，表示专用缓存块的状态可能被共享。
I（invalid）：无效状态，表示该缓存块是无效的。
高速缓存控制器接收到的两方面的输入：

• 处理器请求：处理器读PrRd和处理器写PrWr
• 总线请求：总线读BusRd、总线读执行BusRdX、总线写回BusWb

助记：
1. 存储器如何进入无效状态：只有存储器接收到总线的读执行操作时，存储器才会变成无效状态，即存储器在修改态和共享态，接收到总线的读执行操作时，会变成无效态；同时不会激发任何其他操作。
2. 存储器在无效态接收到处理器的读写操作会进入一个miss，存储器在共享态接收处理器读操作不会miss，接收处理器写操作会miss，存储器在修改态才能接收处理器写操作。
3. 无论在什么状态，接收处理器写操作存储器都会进入M态，并伴随总线的读执行操作。
4. 某一存储器进入M态，一定伴随着其他存储器进入I态，反之亦然。